Superizolator - Superinsulator

Superinsulator jest materiałem, który przy niskich temperaturach, ale skończonych nie przewodzą prądu, czyli ma nieskończoną rezystancję, tak że nie ma prądu elektrycznego przechodzi przez niego.

Stan superizolacji jest dokładnie podwójnym stanem nadprzewodzącym i może zostać zniszczony przez zwiększenie temperatury i przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego i napięcia. Superizolator został po raz pierwszy przewidziany przez MC Diamantiniego, P.Sodano i CA Trugenbergera w 1996 roku, którzy odkryli superizolacyjny stan podstawowy podwójny do nadprzewodnictwa, pojawiający się po izolacyjnej stronie przejścia nadprzewodnik-izolator w układzie złącz Josephsona z powodu dualności elektryczno-magnetycznej. . Superizolatory zostały niezależnie odkryte na nowo przez T. Baturinę i V. Vinokura w 2008 roku na podstawie dwoistości pomiędzy dwiema różnymi realizacjami symetrii zasady nieoznaczoności i znalezione eksperymentalnie w foliach z azotku tytanu (TiN). Pomiary z 2008 roku ujawniły olbrzymie skoki rezystancji interpretowane jako przejawy przejścia progu napięcia w stan superizolacji, który zidentyfikowano jako niskotemperaturową fazę zamkniętą pojawiającą się poniżej ładunku Berezinskii-Kosterlitz-Thouless . Skoki te były podobne do wcześniejszych ustaleń dotyczących skoków oporu w filmach z tlenku indu (InO). Przejście fazowe o skończonej temperaturze w stan superizolacji zostało ostatecznie potwierdzone przez Mironov et al. w filmach NbTiN w 2018 roku.

Inni badacze zaobserwowali podobne zjawisko w nieuporządkowanych warstwach tlenku indu .

Mechanizm

Zarówno nadprzewodnictwo, jak i superizolacja opierają się na parowaniu elektronów przewodzących w pary Coopera . W nadprzewodnikach wszystkie pary poruszają się spójnie, umożliwiając przepływ prądu elektrycznego bez oporu. W superizolatorach zarówno pary Coopera, jak i normalne wzbudzenia są ograniczone i prąd elektryczny nie może płynąć. Mechanizmem superizolacji jest proliferacja monopoli magnetycznych w niskich temperaturach. W dwóch wymiarach (2D) monopole magnetyczne to kwantowe zdarzenia tunelowe ( instantony ), które są często nazywane monopolową „plazmą”. W trzech wymiarach (3D) monopole tworzą kondensat Bose . Plazma monopolowa lub kondensat monopolowy ściskają linie pola elektrycznego Faradaya w cienkie włókna lub struny strumienia elektrycznego w nadprzewodnikach podwójnych do wirów Abrikosowa . Pary Coopera przeciwnych ładunków na końcu tych strun elektrycznych odczuwają atrakcyjny potencjał liniowy. Kiedy odpowiednie napięcie struny jest duże, energetycznie korzystne jest wyciągnięcie z próżni wielu par ładunek-przeciwdziałanie ładowaniu i utworzenie wielu krótkich strun zamiast ciągłego rozciągania oryginalnej. W konsekwencji istnieją tylko neutralne „ piony elektryczne ” jako stany asymptotyczne i nie ma przewodnictwa elektrycznego. Mechanizm ten jest jednokolorową wersją mechanizmu uwięzienia , który wiąże kwarki w hadrony . Ponieważ siły elektryczne są znacznie słabsze niż silne siły fizyki cząstek elementarnych, typowy rozmiar „ pionów elektrycznych ” znacznie przekracza rozmiar odpowiadających im cząstek elementarnych. Oznacza to, że przygotowując próbki, które są wystarczająco małe, można zajrzeć do wnętrza „elektrycznego pionu ”, w którym struny elektryczne są luźne, a oddziaływania Coulomba są ekranowane, stąd ładunki elektryczne są skutecznie rozłączane i poruszają się tak, jakby były w metalu. Niskotemperaturowe nasycenie odporności na zachowanie metaliczne zaobserwowano w foliach TiN o małych wymiarach bocznych.

Przyszłe aplikacje

Superizolatory mogłyby potencjalnie zostać wykorzystane jako platforma dla wysokowydajnych czujników i jednostek logicznych. W połączeniu z nadprzewodnikami superizolatory mogą być używane do tworzenia przełączających obwodów elektrycznych bez strat energii w postaci ciepła.

Bibliografia

Zewnętrzne linki